В условиях современного производства обновление парка роботов зачастую требует полной перенастройки – не только замены устаревшего оборудования, но и переписывания программного обеспечения для выполнения задач. Даже если два робота предназначаются для выполнения аналогичных операций, из-за конструктивных различий в шарнирах или ограничений в подвижности, программный код, разработанный для одного устройства, зачастую неприменим к другому. Возможность прямой передачи наработанных навыков между разными моделями роботов могла бы существенно повысить их надежность и рентабельность.
Для решения этой актуальной проблемы специалисты исследовательской лаборатории LASA (Learning Algorithms and Systems Laboratory) при Инженерной школе Федеральной политехнической школы Лозанны представили инновационную систему управления роботами, получившую название «кинематический интеллект». Этот метод позволяет преобразовывать демонстрацию человеком определенных действий в универсальную стратегию движения, которая затем адаптируется для выполнения различными роботами с учетом их индивидуальных физических характеристик. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Science Robotics.
«Наш проект нацелен на устранение давней проблемы в области робототехники: как эффективно переносить уже ос военные роботами навыки на машины с иной механической структурой, гарантируя при этом безопасное и предсказуемое их поведение, — комментирует Од Биллар, руководитель LASA. — Такой подход способен многократно сократить временные и трудовые затраты, связанные с интеграцией роботов в реальные производственные процессы».
Команда разработчиков для создания своей системы сначала использовала демонстрации человеком задач по манипулированию предметами, включая перемещение, толкание и бросание, фиксируя эти действия с помощью технологии захвата движения. Затем эти демонстрации были математически трансформированы в обобщенные алгоритмы движения. Параллельно была разработана детальная классификация кинематических ограничений различных конструкций роботов, определяющая диапазон движения их суставов и недопустимые положения, которые могут привести к потере устойчивости. Эта классификация затем применяется системой для автоматической адаптации общих стратегий движения к особенностям конкретных роботов, обеспечивая безопасное выполнение задач в рамках их технических возможностей.
В ходе эксперимента, развернутого на имитации сборочной линии, человек продемонстрировал последовательность действий: толкнул деревянный брусок с конвейерной ленты на рабочий стол, затем переместил его и, наконец, бросил в корзину. Благодаря внедрению системы «кинематический интеллект», три различных промышленных робота успешно и безопасно воспроизвели всю эту последовательность действий.
«Каждый робот выполнял свои этапы задачи, и система успешно справлялась с работой, даже когда менялась сама последовательность действий, — поясняет Ститпрагья Гупта, аспирант LASA и один из ведущих авторов исследования. — Каждый робот реализует один и тот же навык по-своему, но всегда в пределах безопасных и выполнимых для него параметров».
Исследователи видят огромный потенциал в расширении данного подхода на такие области, как взаимодействие человека и робота, а также управление через команды на естественном языке. К примеру, «кинематический интеллект» может позволить человеку давать роботам простые бытовые команды без необходимости технического программирования. Эта технология также чрезвычайно важна для новых роботизированных платформ, поскольку быстрое развитие аппаратного обеспечения означает, что сегодняшний парк машин может быть быстро заменен более совершенными моделями. Бесшовная передача навыков между разнообразными платформами станет ключевым фактором их практической применимости и масштабируемости.
«Наша конечная цель — освободить пользователей от необходимости обладать специальными техническими знаниями, одновременно обеспечивая безопасность и надежность работы системы, — подводит итог Дургес Салункхе, научный сотрудник Лаборатории перспективных исследований в области искусственного интеллекта и соавтор исследования. — Пользователь лишь предлагает идею и желаемое поведение, а робот должен взять на себя решение всех остальных задач».
